專利名稱：用于鋼熔體脫碳的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在冶煉容器，特別是轉爐中制備不銹鋼的過程中用來鋼熔體的脫碳的方法以及裝置，在此鋼熔體用氧和惰性氣體，特別是氬和/或氮處理。
在一種用來鋼熔體脫碳的方法中，特別是根據AOD-方法已知，在鋼熔體中原則上高于0.3重量％的碳含量時在利用相應的頂部-噴吹管的情況下采用吹酸過程進行脫碳。在鋼熔體中低于0.3重量％的碳含量時脫碳通過下部槽噴嘴的工作而進行脫碳。然而通過下部槽噴嘴的工作而只導致鋼熔體的不充分的混合。此外在下部槽噴嘴區域中有高的鐵靜態的壓力，其對脫碳起不利的作用。
所以本發明的任務在于，避免現有技術的缺點和研發出根據權利要求1的前敘部分的方法以及根據權利要求6和7的前敘部分的裝置，以此可以實現鋼熔體的特別經濟的和有效的脫碳。
這任務相應于根據本發明的權利要求1的特征部分的方法和相應于根據本發明的權利要求6和7的特征部分的裝置而解決。
通過下部槽噴嘴和頂部噴吹管的共同工作而實現金屬槽的特別良好的混合。
通過根據本發明的措施脫碳比現有技術顯著加快。
根據本發明的特別的實施方案在鋼熔體中脫去在鋼熔體中的低于0.3重量％的碳含量的碳時，通過吹入裝置和在鋼熔體表面下的孔的大部分氧氣通過吹入裝置而與鋼熔體接觸。
通過根據本發明的措施脫碳比現有技術顯著加快。
根據本發明的方法的優選的實施方案通過在鋼熔液表面下面的孔正好吹入這么多氣體，特別是氧氣，以致于防止孔的阻塞和/或同時保證足夠的槽混合。
根據本發明的方法的另一個特別的實施方案，噴吹管具有拉瓦爾噴嘴，和氧氣通過拉瓦爾噴嘴導入到鋼熔液的表面上。
通過拉瓦爾噴嘴可以技術上和經濟上有效的形式實現高的氣流速度。因為在通常的情況下在鋼熔液上漂浮有爐渣層，所以用來處理鋼熔液對著鋼熔液的氣流的氣流速度具有重要意義。只有高的氣體速度，其是特別優選地通過應用拉瓦爾噴嘴可達到的，保證了的氣體氣流，特別是氧氣與鋼熔液的接觸，從而保證了足夠的混合和鋼熔液的脫碳。
根據本發明的另一個特別的實施方案，在鋼熔液中高于0.2重量％的碳臨界含量，特別是高于0.3-0.4重量％的碳含量，特別優選高于0.5重量％的臨界含量時氧氣通過一個裝置有第一拉瓦爾噴嘴的流量為D1的噴吹管導入，特別是吹入到鋼熔液中和在鋼熔液中低于碳臨界含量時氧氣通過裝置有第二拉瓦爾噴嘴的流量為D2的噴吹管導入，特別是吹入到鋼熔液中，在此D2＜D1。
根據本發明的特別的實施方案，第一和第二拉瓦爾噴嘴具有各自不同的直徑。
根據特別的實施方案，本發明涉及用來聯合的頂部-和底部吹入O2和/或惰性氣體到金屬容器中以用來金屬熔液，特別是鋼熔液的脫碳的方法和裝置，在此必需的O2-量主要通過一個或多個頂部噴吹管吹入，和O2-和/或惰性氣體-吹入強度的必要的匹配通過在工作過程中的改變噴吹管的結構構造，理想的是通過設置的工作運轉的第二噴吹管而實現。以這種方式保證了最佳的氣體噴射(金屬槽的良好的混合)和提高了噴吹管的使用壽命。根據本發明的特別的實施方案以低的吹入強度或流量設置第二噴吹管。根據本發明的特別的實施方案調節第二噴吹管的特定的吹入速率為0.5-1Nm3/(t*min)的范圍的值。
根據本發明的特別的實施方案，所用的噴吹管在噴吹管頭部具有拉瓦爾噴嘴。
根據本發明的另一個實施方案，氧氣和/或惰性氣體通過第二頂部-噴吹管而吹到金屬熔液上。
根據本發明的附加的實施方案，第二噴吹管在熔液中低的C-含量時以低的吹入強度工作運轉。根據另一個特別的實施方案，氧氣和惰性氣體混合比例，用其導入金屬熔液，在過程中與熔液的實際C-含量相應的匹配。根據本發明的特別的實施方案臨界的C-含量(第二噴吹管的使用起始點)首先取決于方法條件，特別是化學組成成分和金屬熔液的溫度和/或其他的熱化學條件。
根據本發明的特別的實施方案在脫碳方法的工作過程中相應地調節所應用的噴吹管的工作位置和吹入速率。
根據本發明的特別的實施方案，對于足夠的槽混合時的下部槽噴嘴的尺寸可設置的比用現有技術已知的方法所用的尺寸小。根據本發明的特別的實施方案在下部槽噴嘴的區域中氧氣-/惰性氣體混合氣體特別地以0.1-0.3Nm3/(t*min)的吹入速率導入到通暢的噴嘴中。
根據本發明的特別的實施方案下部槽噴嘴設置在冶煉容器的底部或側壁處。根據本發明的特別的實施方案下部槽噴嘴是作為經典的噴嘴和/或水槽制作的。
對于由現有技術已知的AOD-L或K-OBM-S過程設置有拉瓦爾-噴嘴頭的頂部-噴吹管在第一方法步驟中用來脫碳。對于在鋼熔液中有0.3重量％的碳含量時關閉頂部-噴吹管和通過一個或多個下部槽噴嘴吹入氧氣和惰性氣體而進行進一步的脫碳。所以噴吹管的使用時間根據在預熔液中的起始碳含量為約整個過程時間的15-25％。
根據下列反應脫碳Cr2O3+2Cr+3CO這反應強烈地受CO-分壓的影響。為了對脫碳有利，通過向鋼熔液中導入惰性氣體(Ar/N2)而降低CO-分壓。這種導入根據現有技術通過一個或多個下部槽噴嘴和/或頂部噴吹管而進行。
與吹入處理氣體比較(頂部-噴吹管-吹入)，在用下部噴嘴時由于在下部噴嘴上的鐵靜壓力而對脫碳條件是不利的。所以根據本發明提出，通過吹入(頂部吹入)而支持進一步的脫碳和強化混合。
在此根據本發明的特別的實施方案例，如確定的惰性氣體量可以與通過噴吹管導入的O2混合，這樣可以制備用于噴吹管的拉瓦爾噴嘴的工作所必需的氣體量。惰性氣體混合氣體要限制在由于過程需要而預先給定的范圍內，以使得惰性氣體的消耗，特別是Ar/N2-消耗最少。在此這樣選擇通過噴吹管的總流量，即避免高的噴吹管頭-和/或噴嘴磨損，和保證所吹入的氣體的高的使用效率。
本發明涉及在金屬制備工業中，優選在鋼-和不銹鋼的制備工業中用來在一個具有耐火爐襯的容器中脫碳的方法和裝置，具有耐火爐襯的容器優選以轉爐的形式。通過根據本發明的方法一方面利用在相應的容器中，特別是轉爐中在聯合吹入(頂部+底部)中生成的最佳混合和從而也改善了C轉變成CO-形成，和另一方面利用在吹入方法(頂部-噴吹管-吹入)時的較低的CO-分壓，和從而利用與底部吹入比較更有利的脫碳條件。
根據定義在金屬熔液表面以下吹入處理氣體稱為底部-吹入。根據定義在金屬熔液表面以上吹入處理氣體稱為頂部-吹入。根據本發明在金屬容器中的脫碳分為二個方法步驟。在第一步驟中，在該步驟中氧的加入確定了在進行的化學反應的速度，在較高的C-含量時通過聯合的頂部-和底部-吹入而進行脫碳，在此這樣使得通過底部噴嘴導入到金屬槽中氣體量最少，即防止底部噴嘴的阻塞。在第二方法步驟中，在槽中低于臨界C-含量時，其例如在含鉻的熔液時為在鋼熔液中的0.3-0.4重量％的碳，在脫碳的范圍內進行的物質遷移過程確定了反應速度。為了最少氧化在槽中的金屬元素和保證所達到的過程溫度，就要減少相應的O2-吹入強度。在第二方法步驟中根據本發明的方法的優選的實施方案，必需的O2-量主要通過頂部-噴吹管吹入，優選在混合惰性氣體的情況下吹入。因為在第二方法步驟中所期望的通過噴吹管的氣體流量或所期望的吹入強度與第一方法步驟的是不一樣的，所以根據本發明的方法的特別的實施方案，設置和使用相應的第二設置的噴吹管，在此噴吹管頭(具有拉瓦爾-噴嘴)的設置完全是為用于這一步驟的需要而構成的。根據另一個優選的實施方案，根據本發明在第一吹入步驟所用的噴吹管通過機械匹配(轉向或轉換)而這樣改變，即能滿足必需的吹入強度以及必需的氣體噴射特征。通過第二噴吹管的O2和惰性氣體之間的混合比例在脫碳過程中根據C-含量而匹配。在此下部槽噴嘴根據特別的實施方案用O2/惰性氣體-混合氣體加載，以防止噴嘴的阻塞或閉合和保證最佳的槽混合。在槽中的必需的C-含量達到之后，可以進入還原步驟，在此惰性氣體通過下部槽噴嘴和/或頂部噴吹管而吹入。
根據本發明的特別的實施方案，拉瓦爾噴嘴具有用來改變在所調節的特征流量方面的拉瓦爾噴嘴的特征的機械和/或電磁裝置，例如通過改變噴嘴的橫截面的機械和/或電磁裝置。
相應于本發明的特別的實施方案，下面是一個在根據現有技術進行的不銹鋼生產(傳統的AOD-法)和根據本發明所提出的的方法進行不銹鋼生產的試驗結果之間的非限制性的比較起始條件預熔液3％C，18.3％Cr，3.5％Ni熔液排出終點分析0.04％C，18.3％Cr，8.1％Ni，N＜450ppm熔液排出重量120tN2＝＞Ar轉換點0.08％C根據現有技術的方法具有鋼槽高度1.8m的標準AOD法過程用頂部-噴吹管用來直至在鋼熔液中的碳含量為0.3重量％時的脫碳，從在鋼熔液中的碳含量為0.3重量％開始只是通過底部噴嘴單獨的噴入O2而用來脫碳。
總的處理時間55.2min。
Ar8.5Nm3/tSi13kg/t石灰 51kg/t耐火的 約12kg/tCr-析出98％根據本發明的方法過程在直至在鋼熔液中的碳含量為0.3重量％時的脫碳時使用第一噴吹管。隨后用第二噴吹管用來吹入Ar/N2/O2-混合氣體。
在底部吹入時，在第二方法步驟中所用的氣流(Ar/N2/O2)在這個前提下最少，即防止噴嘴的閉合的前提下。
總的處理時間49.3min。
Ar7.2Nm3/tSi8.6kg/t石灰 31kg/t
耐火的 8kg/tCr-析出98.4％以下根據附圖更清楚地解釋本發明的非限制性的實施例。其示出了
圖1一個用來處理鋼熔液的裝置在圖1中示出了一個用來根據AOD-法的鋼熔液的脫碳的裝置。在此裝置1具有冶煉容器2，特別是轉爐，在其中有鋼熔液3，特別是優選富鉻的不銹鋼的熔液。在鋼熔液3上漂浮著爐渣4。鋼熔液3通過底部噴嘴用處理氣體，其通常含有氧和可能的惰性氣體，特別是用一種或多種氣體氧氣、氮氣、氬氣或空氣處理。再開啟第一噴吹管，通過該噴吹管處理氣體，特別是氧氣或氧氣-惰性氣體-混合氣體，特別優選為氧氣-氬氣-混合氣體也與鋼熔液接觸。如在示意圖中可看到的，通過吹入處理氣體到鋼熔液上，當其以合適的高速吹入時，如例如通過應用拉瓦爾噴嘴所能達到的速度而使得爐渣后退。從而保證處理氣體與鋼熔液的最佳接觸。所以足夠強度的通過噴吹管的拉瓦爾噴嘴噴射到金屬熔液的氣體氣流用于在容器中含有的液體的良好的混合。在第一方法步驟中不使用第二噴吹管，第一方法步驟基本上相應于在碳含量高于0.3重量％時的脫碳。
在第二方法步驟1’中，其相應于優選在鋼熔液中的碳含量為0.3重％或低于0.3重量％時的脫碳，再次通過一個或多個底部噴嘴5’將處理氣體加入冶煉容器2’中的鋼熔液3’中。不同于方法步驟1，在第二方法步驟1’中使用了第二噴吹管7’，其與第一噴吹管6’有這樣的差別，即這個噴吹管，其又優選裝置有拉瓦爾噴嘴，設置用于不同的，特別是小流量的處理氣體。爐渣4’通過使用噴吹管7’又至少部分地從鋼熔液后退。在第二方法步驟中不用噴吹管6’。
權利要求
1.一種用于在冶煉容器中，特別是在轉爐中制備不銹鋼的過程中鋼熔體脫碳的方法，其中所述鋼熔體用氧氣和可能的惰性氣體特別是氬氣和/或氮氣處理，其特征在于在鋼熔體中的碳含量低于0.3重量％時的鋼熔體的脫碳時，氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣通過在鋼熔體表面以下的孔以及通過設置在鋼熔體表面以上的吹入裝置而與鋼熔體接觸。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于在鋼熔體中的碳含量低于0.3重量％時的鋼熔體的脫碳時，通過吹入裝置和鋼熔體表面以下孔的氧氣的主要部分通過吹入裝置而與鋼熔體接觸。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于吹入裝置具有噴吹管，氧氣通過噴吹管而導入到鋼熔體的表面上。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于噴吹管具有拉瓦爾噴嘴，氧氣通過拉瓦爾噴嘴導入到鋼熔體的表面上。
5.根據權利要求1-4之一項或多項的方法，其特征在于在鋼熔體中碳含量高于0.3重量％時，氧通過裝配有第一拉瓦爾噴嘴的流量為D1的噴吹管吹入到鋼熔體上，在鋼熔體中碳含量低于0.3重量％時，氧通過裝配有第二拉瓦爾噴嘴的流量為D2的噴吹管吹入到鋼熔體上，在此D2＜D1。
6.一種用于在一個用于接受熔體(3)的冶煉容器(2)中制備不銹鋼過程中鋼熔體脫碳的裝置，其在底部區域中和/或容器(2)的下部區域的側壁處具有至少一個用來導入氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣的孔，和在容器(2)的上部用來將氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣吹到鋼熔體(3)表面上的適當設置的具有至少一個拉瓦爾噴嘴的吹入裝置，其特征在于吹入裝置具有機械和/或電磁裝置，通過該裝置拉瓦爾噴嘴的流量是可改變的。
7.一種用于在一個用于接受熔體(3)的冶煉容器(2)中制備不銹鋼過程中鋼熔體脫碳的裝置，其在底部區域中和/或容器(2)的下部區域的側壁處具有至少一個用來導入氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣的孔，和在容器(2)的上部用來將氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣吹到鋼熔體表面上的適當設置的吹入裝置，其特征在于吹入裝置具有至少二個噴吹管(6，7)，其各自具有至少一個拉瓦爾噴嘴，其中不同噴吹管的拉瓦爾噴嘴由于不同的設置在流量上是有差別的，噴吹管可互相獨立地用于鋼熔體(3)的脫碳。
全文摘要
本發明涉及在冶煉容器(2)中特別是在轉爐中制備不銹鋼過程中，使鋼熔體(3)脫碳的方法和裝置，其中鋼熔體(3)用氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣處理。本發明中在鋼熔體(3)中的碳含量低于0.3重量％時的鋼熔體(3)的脫碳時氧氣和可能的惰性氣體，特別是氬氣和/或氮氣通過在鋼熔體(3)的表面以下的孔以及通過在鋼熔體(3)表面以上設置的吹入裝置而與鋼熔體(3)接觸。
文檔編號C21C5/30GK1675383SQ03819762
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月15日 優先權日2002年8月21日
發明者翟宇友, 約翰尼斯·米勒, 約翰尼斯·斯皮斯 申請人:奧地利鋼鐵聯合企業阿爾卑斯工業設備制造有限公司